(57)【要約】      （修正有）【課題】速いクエンチプロセスを達成することができるように、大きな磁界を急速に作成することのできる磁界トリガを備えた限流装置を提供する。【解決手段】限流装置は、トリガコイル３に電気的に並列に接続された、管状の超伝導体エレメント１を有しており、トリガコイル３は、管状の超伝導体エレメント１の側面の一方の側において、管状の超伝導体エレメント１の第１の端部から第２の端部の方向に伸び、そこで側面の他方の側に曲げられ、第１の端部の方向に戻る。【選択図】図１ｂ
2010219532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料のコイル（３）と電気的に並列に接続された、第１の管状超伝導体エレメント（１）を有する超伝導限流コンポーネントであって、該第１の管状超伝導体エレメント（１）は、該第１及び第２の端部を有しており、該コイルは、該第１の管状超伝導体エレメント（１）の第１及び第２の端部の間で軸方向に伸びながら、該第１の管状超伝導体エレメント（１）の外側の側面及び内側の側面に交互に巻いており、該第１の管状超伝導体エレメント（１）の周囲を回って伸びている、超伝導限流コンポーネント。
【請求項２】
第１の管状超伝導体エレメント（１）は、該コイル（３）が一方の側面から他方の側面へ曲げられる点において、該コイル（３）が通る貫通孔（５）を有している、請求項１に記載の超伝導限流コンポーネント。
【請求項３】
第１の管状超伝導体エレメント（１）は、端部に電気接点（４）を有しており、該コイルは、該電気接点（４）の領域でそれぞれ曲げられる請求項１または２に記載の超伝導限流コンポーネント。
【請求項４】
該コイル（３）を曲げるための複数の貫通孔（５）が、同じ高さで、第１の管状超伝導体エレメント（１）の周囲に一様に、それぞれ配置されている請求項１から３のいずれかに記載の超伝導限流コンポーネント。
【請求項５】
第１の管状超伝導体エレメント（１）の側面の９０%を超える部分が該コイル（３）によって囲まれるように、コイルの巻きが行われている請求項１から４のいずれかに記載の超伝導限流コンポーネント。
【請求項６】
該外側の側面及び該内側の側面が、絶縁材料の層を備えており、該コイル（３）は、該絶縁材料上に直接置かれている請求項１から５のいずれかに記載の超伝導限流コンポーネント。
【請求項７】
該コイル（３）は、金属及び超伝導体材料から選択された材料からなる請求項１から６のいずれかに記載の超伝導限流コンポーネント。
【請求項８】
該第１の管状超伝導体エレメント（１）が該コイル（３）とともに、第２の管状超伝導体エレメント（７）の内部に配置される、請求項１から７のいずれかに記載の超伝導限流コンポーネント。
【請求項９】
該第２の管状超伝導体エレメント（７）が、該第１の管状超伝導体エレメント（１）の第１及び第２の端部の間で、少なくとも該第１の管状超伝導体エレメント（１）の全長にわたり伸びている、請求項８に記載の超伝導限流コンポーネント。
【請求項１０】
該第１の管状超伝導体エレメント（１）が、超伝導体材料からなる中実エレメントであるか、または、外側及び内側の側面が超伝導体材料の薄い層を備えた、管状支持体から形成されている、請求項１から９のいずれかに記載の超伝導限流コンポーネント。
【請求項１１】
該第２の管状超伝導体エレメント（７）が、超伝導体材料からなる中実エレメントであるか、または、外側及び内側の側面が、その上に付された超伝導体材料の薄い層を備えた、管状支持体から形成されている、請求項８から１０のいずれかに記載の超伝導限流コンポーネント。
【請求項１２】
超伝導体材料が高温超伝導セラミックス酸化物である、請求項１から１１のいずれかに記載の超伝導限流コンポーネント。
【請求項１３】
高温超伝導セラミックス酸化物が、ＢＳＣＣＯ及びＹＢＣＯ型の超伝導体材料から選択される、請求項１２に記載の超伝導限流コンポーネント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導エレメントがコイルに挿入されており、コイルと電気的に並列に接続されている、磁界トリガを備えた超伝導限流コンポーネントに関する。
【背景技術】
【０００２】
高温超伝導体（ＨＴＳ）をベースとする限流装置は、たとえば短絡の場合に、設備を破壊する可能性のある、異常に大きな電流スパイクを防止することができるので、電力供給系、特に高圧ネットワークにおいて、非常に有益である。
【０００３】
高温超伝導体は、電流スパイクの場合に設備が受ける負荷を低減するので、電流供給系を新たに最適化することが可能となる。
【０００４】
超伝導状態において、超伝導体は、無損失電気導体と同様に動作する。
【０００５】
全ての超伝導材料は、
臨界温度（Ｔｃ）、
臨界磁界（Ｈｃ）、
臨界電流密度（Ｉｃ）、
のいずれかが上限を超えるか、
上記の事象の二または三が同時に発生した場合に、突然超伝導性を失う。
【０００６】
抵抗型限流装置は上記の性質を利用する。超伝導体のある点の電流密度が臨界値を超えると、上記超伝導体は超伝導状態を離れ、通常伝導状態へ変化し、その結果、電流は制限される。超伝導状態から通常伝導状態への遷移は、通常「クエンチング」と呼ばれる。電力系の故障の後、電流が再び通常値に至ると、超伝導体は超伝導状態へ戻り、引き続き使用できる状態となる。
【０００７】
しかし、実際には、超伝導コンポーネントを構成する超伝導材料は、コンポーネント全体にわたり均質ではない。この非均質性は、臨界電流密度などの上記の性質が、コンポーネントの異なる領域で異なる可能性があることを意味する。この結果、故障の場合に、ある領域では、すでにクエンチングが生じ、すなわち、通常伝導状態となる一方、他の領域はまだ超伝導状態である状態となる。まだ超伝導状態である領域のために、超伝導コンポーネントを大きな電流が流れ、この結果、既に通常伝導状態である領域において大きな温度上昇が生じる。この大きな温度上昇は、この領域を融解させる。したがって、超伝導コンポーネントの損傷または破壊を防止するために、融解を防止することができるように、十分に短時間内に超伝導コンポーネントが全体として通常伝導状態に変化するように、クエンチプロセスは、できるだけ均一に且つできるだけ急速に進行する必要がある。
【０００８】
超伝導コンポーネントによる通常伝導状態への均一且つ急速な変化を促進する種々のアプローチが存在する。
【０００９】
銀のような通常伝導材料の層を、高温超伝導コンポーネントの長手方向に沿って、超伝導コンポーネントの表面に設けることがよく知られたやり方であった。上記の通常伝導材料の層は、全体にわたり高温超電導材料と電気的に接触している。電流制限の場合に、超伝導コンポーネントのある領域がクエンチを開始すると、電流および熱は、「分路」に伝達され、消散される。この伝達および消散は、超伝導コンポーネントが融解するのを防止する。
【００１０】
特許文献1に記載された他の概念によれば、限流装置は、円筒状の高温超伝導コンポーネントを備え、その周囲には、銅や銀などの通常伝導材料からなるコイルが、高温超伝導コンポーネントの長手方向軸を基準として、らせん状且つ同軸状に巻かれている。通常伝導コイルは、ＨＴＳコンポーネントの両端において、電気接点によって、ＨＴＳコンポーネントと電気的に並列に接続されている。上述のアプローチの場合と異なり、コイルは、この場合に、高温超伝導コンポーネントの周りに物理的に巻かれているだけであり、全体にわたり電気的に接触してはいない。
【００１１】
超伝導体コンポーネントのある点の電流密度が臨界値を超え、上記超伝導体コンポーネントが局所的にその超伝導状態を離れるとすぐに、電流は、並列に接続されたコイルへ向けられる。コイルにおける電流の流れは、磁界となり、高温超伝導体コンポーネントを、その全長にわたり通常伝導状態とし、クエンチプロセスおよび電流制限を加速する。この効果を「磁界トリガ」と呼ぶ。
【００１２】
この場合に、クエンチプロセスの速度は、コイルによって磁界が設定される速度および磁界のサイズに依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】ＥＰ１５２４７４８Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、可能な限り速いクエンチプロセスを達成することができるようにするには、可能な限り大きな磁界を急速に作成することのできる磁界トリガを備えた、限流装置を得るのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記の目的を、導電性材料のコイルと電気的に並列に接続された、管状超伝導体エレメントを有する超伝導限流コンポーネントであって、該管状超伝導体エレメントは、該第１及び第２の端部と該コイルとを有しており、該コイルは、該管状超伝導体エレメントの該第１及び第２の端部の間で軸方向に伸びながら、該管状超伝導体エレメントの外側の側面及び内側の側面に交互に、その周囲を回って巻いている超伝導限流コンポーネントによって達成する。
【００１６】
本発明によれば、コイルの個々の巻きは、第１及び第２の端部の間で、超伝導体コンポーネントの長手方向サイズにわたり伸びており、その結果、個々の巻きが、外側及び内側の側面を、長手軸の方向に取り囲む。
【００１７】
本発明に関連して、本発明に基づく巻きの型を「アジマス」と呼称する。
【００１８】
本発明にしたがって使用される管状超伝導体エレメントは、中空の内部を備えた管状断面を有する。超伝導体エレメントは、任意の所望の管状または円筒状の形状を有していてよい。
【００１９】
原理的に、超伝導体エレメントは、任意の所望の基本形状を有していてよい。適切な基本形状の例は、円形、長円形、または多角形の基本形状である。
【００２０】
本発明に基づく好ましい形態は、超伝導体エレメントが、円形の基本形状を備えた管状形状または円筒状形状を有するものである。円筒または管は、理想的な円形基本形状からはずれていてもよい。
【００２１】
応用の特定の場合の要求に応じて、本発明による１以上の限流コンポーネントを、互いに電気的に直列、並列または両方に接続してもよい。さらに別の実施形態によれば、本発明によるアジマスコイルは、１以上の管状超伝導体エレメント覆って伸びていてもよい。アジマスコイルは、最初の超伝導体エレメントの第１の端部から最後の超伝導体エレメントの第２の端部まで伸びており、最初の超伝導体エレメントの第１の端部及び最後の超伝導体エレメントの第２の端部に、それぞれ、電気的に接続される。コイルに囲まれた複数の管状超伝導体エレメントは、互いに電気的に直列に接続されてもよい。
【００２２】
コイルの巻きが側面の一方の側から他方の側へ曲げられる必要がある、管状超伝導体エレメントの領域（曲げポイントとも呼称される）において、コイルワイヤを一方の側から他方の側へ通すことのできる複数の貫通孔が存在する。
【００２３】
複数の貫通孔は、超伝導体上の同じ高さで周囲に一様に配置されるのが好ましい。
【００２４】
さらに別の実施形態によれば、少なくともコイル及び管状超伝導体エレメントの側面は、それ自体公知である仕方で、それらの間に薄い絶縁層を有する。同様に、貫通孔の内面も薄い絶縁層を備えてもよい。
【００２５】
原理的に、本発明は、全ての超伝導材料に使用することができる。
【００２６】
通常液体窒素の温度よりも高い臨界温度（Ｔｃ）を有する、高温超伝導体材料は、特に適している。
【００２７】
高温超伝導体材料の例は、ビスマス、イットリウム、タリウム及び水銀をベースとした高温超伝導セラミックス酸化物、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｙ（ＢＳＣＣＯ  ２２１２）、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＢＳＣＣＯ  ２２２３）、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＹＢＣＯ  １２３）、Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ、Ｈｇ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ、及びＨｇ１Ｂａ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｙなどである。ここでｙは、それぞれのセラミックス酸化物が超電導特性を有する酸素含有量である。
【００２８】
本発明に特に好ましいのは、ＢＳＣＣＯ及びＹＢＣＯ型の超伝導体材料である。ＢＳＣＣＯ型の好ましい超伝導体材料は、たとえば、ＢＳＣＣＯ  ２２１２及び２２２３である。
【００２９】
特性を改善するために、上記の化合物を別の元素でドープ処理し、または置換してもよい。たとえば、ＢＳＣＣＯにおいて、ビスマスの部分を鉛で置換し（［（Ｐｂ）Ｂｉ］−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ）、またはＳｒを部分的にバリウムで置換し、またはその両方を行なってもよい。
【００３０】
さらに、ＨＴＳ材料は、アルカリ希土金属の硫酸塩、たとえば、ＢａＳＯ４、ＳｒＳＯ４、またはＢａＳｒ（ＳＯ４）２のいずれかまたは複数などのような高融点の硫酸塩など、必要に応じた一または複数の適切な化合物を含んでもよい。
【００３１】
管状の超伝導体エレメントは、超伝導体材料からなる中実体であってもよい。
【００３２】
管状の超伝導体エレメントは、超伝導体材料の薄い層から形成してもよい。その場合に、適切な管状の支持体の外側及び内側に超伝導体材料が、それ自体公知の仕方で塗布されている。
【００３３】
以下において、添付の図面を参照して好ましい実施形態を使用して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１ａ】同軸状に巻かれたコイルを備えた公知の限流装置の長手方向断面の概要を示す図である。
【図１ｂ】同軸状に巻かれたコイルを備えた、図１ａに示した公知の限流装置の断面の概要を示す図である。
【図２ａ】アジスマコイル巻きの本発明による限流装置の長手方向断面の概要を示す図である。
【図２ｂ】図２ａに示した本発明による限流装置の断面の概要を示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態の長手方向断面の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１ａ及び図２ａにおいて、管状の超伝導体エレメントは、符号１で示され、コイルは、２（先行技術）または３（本発明）で示される。
【００３６】
さらに、超伝導体エレメント１の端部は、一般的に知られているように、超伝導体エレメント１をネットワークまたは他の限流エレメントに接続することを可能にする、それぞれの電気接点４を有する。
【００３７】
電気接点４は、通常は銅、銀またはこれらの合金のような通常電気導体である材料からなる。電気接点４及びその取り付け具に適切な材料は、一般的に知られており、頻繁に文献に記載されている。
【００３８】
コイル２及び３は、本質的に、電気接点４の間において、超伝導体エレメントの全長にわたり伸びているが、本発明によるコイル３の巻き方向は、本質的に、コイル２の巻き方向と直角をなす。
【００３９】
コイル３の曲げ点５は、図１ｂに示すように、電気接点４の領域または電気接点４の端部に隣接した第１の環状エレメント１に、配置するのが好ましい。
【００４０】
コイル２及び３のそれぞれの端部は、コイル２及び３が超伝導体エレメント１に電気的に並列に接続されるように、電気接点４に電気的に接続される。
【００４１】
コイル２及び３自体は、超伝導体エレメント１の表面と電気的に接触していないが、その周りに物理的に巻かれている。このことは、コイル面と超伝導体エレメント１の表面との間に電気的接触がなく、したがって、電流の流れがないことを意味する。
【００４２】
本発明によるコイル３は、コイル２と同じ材料からなってもよい。コイル３は、金属のような通常導体材料あるいは超伝導体材料からなってもよい。
【００４３】
適切な金属は、銅、銅合金、鋼などである。超伝導材料からなるコイルの例は、たとえば、ＢＳＣＣＯ材料またはＹＢＣＯの薄い層からなる、帯状の超伝導体である。
【００４４】
コイルが超伝導材料からなる場合には、コイル内に電流が早めに流れるのを防止するために、十分に高い接点抵抗を設けるべきである。
【００４５】
コイルワイヤは、帯形状のような、円形または矩形断面形状を有するのが好ましいが、どのような所望の断面形状を有してもよい。
【００４６】
従来の同軸状に巻かれたコイルの場合のように、巻きの数またはピッチは、本発明のコイルにとって、特に重要ではない。
【００４７】
応用により、コイル巻きの必要な数は、変化することがある。この数は、当業者は容易に定めることができる。しかし、可能な限り大きな超伝導体区域がコイルの巻きによって囲まれていることが、急速かつ均一なクエンチングを成功させることが判明した。
【００４８】
側面の少なくとも９０%、特に、少なくとも９５%、特に、側面の１００%がコイルに囲まれているのが好ましい。
【００４９】
コイルによる磁界設定の速度は、本質的にコイルを通る電流の流れの影響を受ける。したがって、コイルを通る電流の流れは、可能な限り急速に生じ、可能な限り大きくなければならない。
【００５０】
個々の巻きによって囲まれる側面、したがって、超伝導体エレメントは、可能な限り広くなければならない。コイルは、超伝導体の周りに可能な限りきつく巻かれるのが好ましい。コイルは、超伝導体エレメントの表面に置かれるのが好ましい。この場合に、超伝導体エレメントとコイルとの間の短絡を避けるように、絶縁層を備えてもよい。
【００５１】
アジマス巻きの効果は、本発明によるコイル３が、従来のコイル２よりも、単位面積当たりより多くの超伝導体区域を取り囲むことである。以下の計算によって示されるように、このことによって、本発明によるコイルによって、著しく大きな磁界が達成される。
【００５２】
計算のために、示された二つの実施形態におけるコイル２及び３は、同じインダクタンスを有し、したがって、コイル２及び３には同じ電流が存在すると仮定する。
【００５３】
したがって、Ｉ１＝Ｉ２（コイル電流）の場合に、Ｌ１＝Ｌ２（インダクタンス）である。
【００５４】
両方のコイルは、銅からなる。
【数１】
2010219532.tif 000003
【００５５】
ここで、
Ｌ１   公知のコイルのインダクタンス
Ｌ２   本発明によるコイルのインダクタンス  （Ｌ１＝Ｌ２）
Ｉ１   公知のコイルの長さ  ２６０ｍｍ
Ｉ２   本発明によるコイルの長さ  ２７０ｍｍ
ｒ１   公知のコイルの平均直径  ６７ｍｍ
ｒ２   本発明によるコイルの平均直径  ４６ｍｍ
ｄ    本発明によるコイルの厚さ  １２ｍｍ
【００５６】
計算の結果は、２個のコイルが同じインダクタンスを有する場合には、本発明によるコイルは、約２倍大きな磁界を得るのに使用することができることを示している。
【００５７】
同じインダクタンスは、同じ時間内に磁界が設定されることを意味する。上述の結果を参照すると、このことは、本発明によるコイルのインダクタンスが低減されると、同軸コイル磁界と同じ大きさの磁界がより短い時間で達成されうることを意味する。
【００５８】
本発明の一つの形態によれば、限流コンポーネントは、アジスマに巻かれたコイルを備えた第１の管状超伝導体エレメント１を取り囲む第２の管状超伝導体エレメント７を含む。第２の管状超伝導体エレメント７は、補償管７とも呼称され、第１の管状超伝導体エレメント１の２個の接点４の間の全長にわたり伸びるのが好ましい。
【００５９】
図３は、本形態の設計の概要を示す。第１の管状超伝導体エレメント１のアジマスコイル３は、見やすくするように省略している。
【００６０】
補償管７は、交流損失を低減し、限流コンポーネントの通電容量を向上させるように使用することができる。
【００６１】
交流損失の原因は、交流動作中の、電流を通す超伝導体エレメントにおいて形成される磁界の変化である。磁界が大きなほど、交流損失は大きくなる。
【００６２】
通常動作中に、第１の管状超伝導体エレメント１の磁界は、補償管７内に、第１の管状超伝導体エレメント１の磁界に対応する、電圧または電流を生成する。補償管７内に誘導される電圧（または誘導される電流）は、その分に応じて、第１の管状超伝導体エレメント１の磁界と逆である磁界を生成し、したがって、第１の管状超伝導体エレメント１における磁界を補償しまたは低減する。
【００６３】
第１の管状超伝導体エレメント１の磁界が小さいほど、交流損失は小さい。
【００６４】
補償管は、第１の管状超伝導体エレメントと同じ超伝導体材料から製造してもよい。しかし、異なった材料を使用することもできる。
【００６５】
適切な高温超伝導体材料は、第１の管状超伝導体エレメントに対して上述したものと同じである。
【００６６】
補償管を流れる電流が、補償管の通電容量Ｉｃを超えないことが必須である。
【００６７】
超伝導体材料の通電容量が依存する要因は、それ自体公知である。例は、特定の超伝導材料自体、管の壁厚、動作温度及び取り囲む磁界である。補償管の通電容量は、第１の管状超伝導体エレメントの通電容量よりも大きいのが好ましい。
【００６８】
補償管の磁界の強さに影響を与えることのできる要因は、たとえば、第１の管状超伝導体エレメントの磁界のサイズ、第１の管状超伝導体エレメントの断面のサイズ（Ａ１）及び、補償管の断面サイズ（Ａ２）である。
【００６９】
第１の管状超伝導体エレメントと同様に、補償管は、原則として、たとえば、円形、楕円形、多角形基本形状のような、どのような所望の基本形状を有することもできる。
【００７０】
補償管は、第１の管状超伝導体エレメントと同じ基本形状を有するのが好ましい。
【００７１】
円筒形または本質的に円筒形の基本形状が好ましい。第１の管状超伝導体エレメントと同様に、補償管は、形状及び角度が一致していなくてもよい。特に、円筒が円形から外れていても、または円筒の角度を定めるのに使用される円筒の軸が、面からの直角から外れていてもよい。
【００７２】
補償管を位置に保持する仕方は、それ自体重要ではなく、どのような所望のホルダーを使用することもできる。
【００７３】
たとえば、補償管は、使用される設備において、アジマスコイル形状を備えた第１の管状超伝導体エレメントも取り付けられるホルダーに接続してもよい。
【００７４】
第１の管状超伝導体エレメントと補償管との間に電気的な接触はない。
【００７５】
第１の管状超伝導体エレメントと補償管との間の空間は、原則として、いずれかの所望の電気的に導電性のない媒体または真空を含む。
【００７６】
この中間の空間は、設備を冷却するのに使用される同じ冷却手段、通常は液体窒素を含むのが有利である。
【００７７】
透磁率μが１または約１である媒体を選択するのが有利である。
【００７８】
以下において、補償管が機能する仕方をより詳細に説明する。
【００７９】
図３において、第１の管状超伝導体エレメント１の磁界B１の方向は、上向きの矢印で示され、補償管７の磁界B２の方向は、下向きの矢印で示される。
【００８０】
第１の管状超伝導体エレメント１の内部の磁束Ф1は、
【数２】
2010219532.tif 000004
として得られ、補償管７の内部の磁束Ф2は、
【数３】
2010219532.tif 000005
として得られる。
【００８１】
補償管７の超伝導特性により、超伝導体エレメント１に備わる補償管７内の全磁束は、常にゼロである。
【００８２】
以下の式が成立する。
【数４】
2010219532.tif 000006
または
【数５】
2010219532.tif 000007
【００８３】
ここで、
Фgは、全磁束（Ф1及Ф2び）である。
Ｂ1は、（補償を受ける）超伝導体エレメントの磁界である。
Ａ1は、超伝導体エレメントの内部断面積である。
Ｂ2は、補償管の磁界である。
Ａ2は、補償管の内部断面積である。
【００８４】
逆向きではあるが同じ大きさの磁界Ｂ1及び磁界Ｂ2に対して、上記の公式から、磁界を完全に補償するには、超伝導体エレメント１の内部断面積Ａ1と補償管７の内部断面積Ａ2とが同じでなければならない。この理想的なケースが起こるには、超伝導体エレメント１及び補償管７は、無限に薄い壁厚を有し、お互いに接している必要がある。
【００８５】
実際には、図３に示すように、超伝導体エレメントの内側半径ｒ１は、（超伝導体エレメントの壁厚を含む）補償管７の内側半径ｒ２よりも小さい。
【００８６】
この場合に磁界Ｂ1及び磁界Ｂ2が同じ絶対値を有していれば、超伝導体エレメント１の内部の磁界Ｂ1は、完全に補償されるが、磁界Ｂ2及び
【数６】
2010219532.tif 000008
である磁束Фが、ｒ2-ｒ1によって規定される、補償管７の内部の、環状に取り囲む領域になお存在する。
【００８７】
交流モードにおいて、この未補償の磁界Ｂ2は、それに応じて、未補償の磁界Ｂ1によって生成される交流損失と同程度の大きさの交流損失をもたらす。
【００８８】
その結果、交流損失は低減されない。
【００８９】
しかし、交流損失は、磁界に正比例するのではなく、ｎ > 1であるＢnにしたがって、指数関数的に増加することが判明した。指数ｎの大きさは、個別の超伝導体材料に依存し、通常は、３程度である。
【００９０】
ｎが１よりも大きな、特に約３である場合の、指数関数的な依存性に基づいて、磁界の比較的小さな低減は、交流損失の、不釣合いに大きな低減を引き起こす。ｎが大きなほど、交流損失における低減は、より顕著である。
【００９１】
換言すれば、磁界Ｂ1の所定の低減に対して、交流損失において達成される低減は、ｎが大きなほど大きい。交流損失の絶対値は、指数関数的に減少する。
【００９２】
原理的に、超伝導体エレメント１内の磁界Ｂ1は、ほとんど完全な補償を行った約０の値と、補償を行わなかった最大値との間で制御することができる。実際に適した補償は、これらの二極端の中間である。上述のように、磁界Ｂ1に対する完全な補償は、Ａ1 = Ａ2が実現できないので、不可能であるので、本発明は、補償菅７と超伝導体エレメント１との間の環状隙間における磁界Ｂ2を考慮した最適化の実施を含む。したがって、実際に達成される補償は、それぞれの個別ケースによって異なる。
【００９３】
本発明に対する重要な前提条件は、補償菅７が超伝導性を有しており、したがって、コイルに電流が流れない通常動作において、電気抵抗を有しないか、電気抵抗がゼロに変化することである。
【００９４】
本発明の計画及び設計において、このことは、補償菅７に導かれる電流が、補償菅７の通電容量を超えてはならないことを意味する。
【００９５】
磁界Ｂ2の強さに影響を与えることのできる要因は、たとえば、超伝導体エレメントの磁界の大きさ、ならびに面積Ａ1及び面積Ａ2の大きさである。
【００９６】
このように、本発明によれば、所与の断面積Ａ1及び超伝導体エレメント１に対する所与の磁界Ｂ1に対して、補償菅７の断面積Ａ2を調整することによって、交流損失の低減を最適化することができる。
【００９７】
本発明によって可能となる、超伝導体エレメント１における交流損失の最適化について、円形断面を有する超伝導コンポーネントの例を使用して、以下に詳細に説明する。
【００９８】
本発明によって好ましい本実施形態によれば、超伝導体エレメントの磁界Ｂ1は、５０%低減される。
【００９９】
磁界の強さに対する交流電流損失の指数関数的な依存性を考慮すると、磁界Ｂ1の５０%低減に対して、交流損失の最適な低減を得ることが可能であることが判明した。
【数７】
2010219532.tif 000009
及び
Ｂ1 = Ｂ2      （Ｂ1は、補償されるもの）
であるとすると、円形断面Ａ1及びＡ2に対して以下の式が成立する。
【数８】
2010219532.tif 000010
したがって、
【数９】
2010219532.tif 000011
または
【数１０】
2010219532.tif 000012
である。
【０１００】
このことから、超伝導体エレメント１の内側の磁界を５０%低減するには、断面積Ａ2は、超伝導体エレメントの断面積Ａ1の大きさの２倍に選択する必要がある。
【０１０１】
この結果は、超伝導体エレメント１及び補償管７の断面の形状に無関係であり、したがって、楕円形、四角形、多角形など、その形状が円形と異なる断面にも適用される。
【０１０２】
交流損失の、
Ｂn (ｎ > 1)
である磁界に対する依存性に基づいて、全体損失の、結果としての不釣り合いに大きな低減が生じる。
【０１０３】
上記の実施形態は、超伝導体エレメントの内側及び外側における結果としての磁界およびそれから得られる交流損失の低減は、補償管７の断面積Ａ2を調整することによって制御できることを示している。
【０１０４】
補償管７は、電気接点４の間で超伝導体エレメント全体にわたり伸びている必要がある。
【０１０５】
補償管７は、また、電気接点４の一方または両方の上に全体にわたりまたは部分的に伸びていてもよい。
【０１０６】
２個の電気接点４の間の領域が補償管７によって囲まれていないと、たとえば、補償管７が２個の電気接点４の間に完全に伸びていないと、補償管７によって囲まれていないコイル領域は、交流損失に直面し、該交流損失は、加熱および、特に該領域の電流搬送容量の低減をもたらす。
【０１０７】
一般的に、限流装置は、過電流として知られる、装置の定格電流よりも大きな電流を、特定の時間、搬送する能力を有する必要がある。限流装置に組み込まれる超伝導体コンポーネントも、とりわけ、該過電流に対して設計する必要がある。本超伝導体エレメントに対して、このことは、起こりうる過電流自体だけではなくそれが生成する磁界も考慮しなければならないことを意味する。この磁界は、超伝導体エレメントの超伝導特性を低減し、その設計に直接影響を与える。
【０１０８】
補償管を備えた本発明による改良のさらなる利点は、補償管が超伝導体の磁界を低減し、したがって、超伝導体の電流搬送容量を増加させることができることである。したがって、超伝導体コンポーネントが与えられた場合に、補償管を備えたものは、補償管を備えていないものよりも大きな電流搬送容量を有する。したがって、超伝導体コンポーネントが過電流を搬送することができる時間を２倍にするのに補償管を使用することができることを示すこともできた。
【０１０９】
結論として、補償管を備えた超伝導体コンポーネントは、交流損失を低減するだけでなく、同時に、改良され、増加された電流搬送容量を示す。
【０１１０】
補償管によってもたらされる電気的な交流損失の低減は、超伝導応用の必要な冷却能力に直接的な影響をも有する。交流損失の低減、及び関連した温度増加の低減は、設備の冷却能力に対する要求が低減されることを意味する。その結果、たとえば、適切な冷却機械に対する購入コストを低減するだけでなく、同時にその応用の運転コストも低減することができる。
【０１１１】
したがって、補償管の改良を加えることは、アジマス巻きのコイルを有する超伝導体エレメントを備えた、発明の限流装置に対して、理想的である。
【０１１２】
補償管は、通常動作中における交流損失の低減を促す。故障の場合には、コイルのアジマス効果は、超伝導体コンポーネントのクエンチングを促進する。
【符号の説明】
【０１１３】
１  第１の管状超伝導体エレメント
２  従来の同軸巻きコイル
３  本発明によるアジマス巻きコイル
４  電気接点
５  曲げ点
６  磁界の方向
７  補償管
【図１ａ】
2010219532.tif 000013
【図１ｂ】
2010219532.tif 000014
【図２ａ】
2010219532.tif 000015
【図２ｂ】
2010219532.tif 000016
【図３】
2010219532.tif 000017
【外国語明細書】
2010219532.tif 000018
2010219532.tif 000019
2010219532.tif 000020
2010219532.tif 000021
2010219532.tif 000022
2010219532.tif 000023
2010219532.tif 000024
2010219532.tif 000025
2010219532.tif 000026
2010219532.tif 000027
2010219532.tif 000028
2010219532.tif 000029
2010219532.tif 000030
2010219532.tif 000031
2010219532.tif 000032
2010219532.tif 000033
2010219532.tif 000034
2010219532.tif 000035
2010219532.tif 000036
2010219532.tif 000037
2010219532.tif 000038
2010219532.tif 000039
2010219532.tif 000040
2010219532.tif 000041
2010219532.tif 000042
2010219532.tif 000043
2010219532.tif 000044
2010219532.tif 000045
2010219532.tif 000046